矿石成分对氧化铝生产的影响

汤志彩,王善涛

（山东南山东海氧化铝有限公司，山东 龙口 265706）

矿石的品位和成分对氧化铝的生产有很大的影响，我国早期的氧化铝企业多依赖当地的资源优势，通过开采附近的铝土矿进行生产，但是随着我国氧化铝行业的迅速发展，单纯依靠国内的矿石已经难以满足生产要求，目前我国的氧化铝生产规模已经超过了七千万的，占世界总产能的50%以上，但是我国的矿石超过80%为中低品位的铝土矿，平均铝硅比为5.6左右，导致氧化铝生产碱耗和矿耗居高不下，生产成本不断上扬，因此深入的研究分析矿石的成分和品位对生产氧化铝的影响可以更好的发挥出不同矿石的的生产效益。

1 铝土矿化学成分及矿物组成

不同品位的铝土矿具有不同的成分构成且化学变化大、组成复杂，用于生产氧化铝的铝土矿根据结晶水的不同可以分为一水铝石和三水铝石，这些铝石中主要含有的主要成分是Al2O3和SiO2以及Fe2O3、TiO2、H2O和少量的S、CaO、MgO、K2O、Na2O以及微量的Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等铝土矿中各种成分的含量与矿床的成因有很大的关系，我国的铝土矿主要以一水硬铝石为主，这种铝石的硫和铁的成分含量较低，铝含量和硅含量都比较高因而矿石的铝硅比不高，所以矿石质量较差，生产难度较大。

2 矿石类型和生产方法

生产氧化铝的总过程可以简单概括为利用液碱浸泡矿石使其中的氧化铝溶出并将矿石中的杂质分离出去的过程，由于矿石具有不同的类型而且即便同一类型的矿石，产地不同其成分也有很大不同，其中的杂质含量也有很大的差异，要合理利用这些矿石使其中的氧化铝更经济更快速的分离出来，需要采用不同的生产方法。目前世界上最常用的拜耳法生产法更适合处理高铝硅比的矿石，由于铝土矿中的SiO2在溶出反应时需要消耗更多的液碱才能生成铝酸钠溶液所以在处理低铝硅比的矿石的效果并不理想， 因此我国的以国内矿石为生产原料的氧化铝企业有多采用烧结法生产，而在交通便利的山东地区采用进口高品位铝土矿的氧化铝企业则主要采用拜耳法生产工艺。

3 矿石结构对主要工序的影响

氧化铝的生产主要工序有溶出和分解两个主要环节，其中矿石的成分对氧化铝的溶出工序的影响是最大的，目前的矿石主要有一水硬铝石、一水软铝石以及三水软铝石三种，这三种铝石有很大的差别，在就溶出工序而言最难溶出的是一水硬铝石，这种矿石结构致密，溶出性能差，要大幅度的提高溶出工序的温度和碱液浓度，或者将矿石研磨的很细，这样原先被矿石杂质包裹的氧化铝水合物就可以充分暴露出来，这在一定程度上增加了氧化铝的溶出率，但是这样也会使矿石中的有害物质产生反应阻碍矿石中的氧化铝充分溶出，并且会在高温溶出的过程中形成结疤，这样不仅降低了矿石的溶出率也增大了生产的汽耗，而相对容易溶出的三水铝石矿石研磨的粒度达到16mm即可进行溶出反应，所以一水铝石的溶出条件要比三水铝石的溶出条件更苛刻。

4 矿石中氧化铝含量的影响

一般情况下铝土矿中含有的Al2O3越多，溶出工艺越简单能耗和矿耗越低。我国的一水硬铝石虽然含有60-70%的Al2O3但我国一水硬铝石型铝土矿比三水铝石和一水软铝石的氧化铝生产能耗高，这主要是因为我国的一水硬铝石的矿石矿结构相对更为的致密且一水硬铝石与脉石矿物嵌布紧密，包裹程度相比其他矿石更大一些，所以矿石中的氧化铝与碱液的接触面积和接触条件要比其他矿石差，所以这种矿石很难溶出。

5 矿石中SiO2的影响

拜耳法生产氧化铝工艺中最主要的有害杂质就是硅，由于硅的存在矿石在溶出工序制备为铝酸钠溶液的同时会引起溶液中铝的损失也增加得了碱液的使用数量，根据实验数据表明，拜耳法生产中铝土矿中每增加1%的二氧化硅每吨矿石就要对消耗6公斤以上的氢氧化钠和8公斤以上的氧化铝，矿石中的二氧化硅在70至95℃时即可与液碱反应并且反应速度较快，生成钠硅渣进入到赤泥中，二氧化硅的含量越高造成氧化铝流失量越大，产生的赤泥也就越多对后续的分离洗涤造成很坏的影响，并且容易产生结疤阻碍换热，而残留在铝酸钠溶液中的二氧化硅也会在后续的分解工序洗出影响产品的质量，所以生产中要最大限度的控制并减少二氧化硅。

6 铝土矿中杂质TiO2的影响

铝土矿中含有的钛矿物会在矿石表面形成一层保护膜，这会组织液碱对矿石的浸泡渗透过程，使得矿石中的氧化铝难以溶出，也使得生成的铝酸钠溶液的溶解过程恶化，从而降低了氧化铝的溶出率。由于铝酸钠溶液中存在的钛酸钠有很大的自由面这会导致赤泥的沉降和洗涤性能恶化，要消除这种危害需要在铝土矿矿浆的制备过程中添加适量的石灰，添加石灰可以有效的避免在矿石的表面生成钛酸钠保护膜，防止氧化铝的溶出受阻，同时也可以降低Na2O的消耗。虽然添加石灰可以降低TiO2的影响，但是溶液中的钛酸钙会在容器壁上，尤其是温度较高的容器壁上逐渐形成一层钛结疤，这种能够结疤具有非常高的硬度且给设备的正常换热带来很大的影响，需要对个工序的管道和压力容器进行定期的清理，避免因为换热不足导致的蒸汽消耗量增多。

7 铝土矿中杂质Fe2O3的影响

铝土矿中铁主要以赤铁矿形式存在，有时有少量的针铁矿，在拜耳法溶出过程中，赤铁矿不与苛性碱反应，在300℃下仍是稳定的，针铁矿具有高分散性，不稳定，与一水硬铝石发生同晶置换，针铁矿中Fe被Al取代，形成铝针铁矿，其中的Al2O3很难被溶出，造成氧化铝和碱的损失，使赤泥的沉降和压缩性能变坏，提高温度和添加石灰可以促使针铁矿转变为赤铁矿，赤铁矿被看作是一种有利的铁矿物，而针铁矿则是一种不利的化合物。

8 铝土矿中含硫矿物的影响

铝土矿中主要的含硫矿物是黄铁矿、白铁矿和胶黄铁矿，山西铝土矿硫含量较低。黄铁矿在180℃开始被碱液分解，并随温度和碱液浓度的提高而加剧，造成Na2O的损失，当溶液中硫含量由0.5g/l提高4.0g/l后，会使钢材受到严重腐蚀，增加溶液中铁含量，尤其是以Na2CO3.2Na2SO4复盐析出，在蒸发器和溶出器内结疤，降低传热系数。溶液中硫含量增加还能使矿浆的磨制和分级受到影响，赤泥沉降性能变差。铝土矿中硫含量超过0.7%-0.8%，就能导致氧化铝品位因铁的污染而下降，因此拜耳法要求矿石中的硫含量低于0.7%。

9 结语

我国氧化铝行业经历了迅速的发展产能也迅速扩大，国产矿石和进口矿石都得到广泛应用，但目前的行业发展和环保要求需要更低的能源和资源消耗，当前各个氧化铝生产企业之间的竞争也日益激烈，个企业也在不断的优化生产工艺想方设法的降低生产成本，而分析矿石对氧化铝生产的影响进而根据矿石的不同结构和成分采取相对应的生产工艺和控制条件是未来发展的一个重要趋势，所以深入的研究分析矿石的成分和品位对生产氧化铝的影响可以更好的发挥出不同矿石的的生产效益。